【正文】 ： 本 次設計中我們定義從機（ B 機）地址為 Ox01。 程序流程圖如 51 所示 ： 圖 51提高通訊穩(wěn)定性的程序設計 ⑵ 發(fā)送和接收緩沖區(qū)數(shù)據(jù)處理： 在 Modbus 協(xié)議里，報文 的都是以包 的形式來發(fā)送與接收 的， 設計中用兩個數(shù)組來定義數(shù)據(jù)包 的發(fā)送和接收緩沖區(qū)。 主機發(fā)送報文和從機響應報文 軟件具體實現(xiàn) ⑴ 提高通訊穩(wěn)定性的程序設計： Modbus 通信協(xié)議 設計 中為了預防干擾，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，防止系統(tǒng)程序跑飛而造成不可預測的錯誤（雖然概率比較低，一旦出現(xiàn) 將 會出現(xiàn)很大的問題），所以 有必要經(jīng)常重新置 485 為接受狀態(tài)并將接受地址偏移器（即接收到的字節(jié)個數(shù)）清零。 C ；第二個值 [0B]表示 11 小時；第三個值 [24]表示 36 分鐘。 1...n：其中 [數(shù)據(jù) 1][數(shù)據(jù) 2]分別是第 1 個模擬量的高 8 位和低 8 位， [數(shù)據(jù)3][數(shù)據(jù) 4]是第 2個模擬量的高 8位和低 8位，以此類推。 ：表示數(shù)據(jù)的字節(jié)個數(shù)，也就是數(shù)據(jù) 1， 2...n 中的 n 的值。 16 位為 CRC 校驗。本次設計中 每個邏輯地址 只需讀出一 個模擬量。分鐘的邏輯地址為 0x03。 :讀模擬量的命令號固定為 03。 基于 MODBUS 協(xié)議 處理 報文 的軟件設計： 主機發(fā)送數(shù)據(jù)包和 從機響應數(shù)據(jù)包 具體格式： B 機作為從機在本 次設計中需要讀出 從 機的溫度 、從機的小時和分鐘信號 所以采用讀模擬寄存器 （即 03） 這個功能。 13 第５ 章 通訊系統(tǒng)實現(xiàn)的軟件設計 本設計要實現(xiàn)無線通訊系統(tǒng)對溫度的實 時采集與顯示功能，除硬件外，還需要軟件來控制。當 PC 機發(fā)送數(shù)據(jù)時， MAX232 的 9 腳輸出低電平，經(jīng) Q1 倒相后，使 MAX485 的 RE 和 DE 為高電平而處于數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)。由于本電路 DTR 和 RTS 都用于了電路供電，因此使用 TX 線和 MAX232 的另外一個通道及 Q1 來控制 MAX485 的狀態(tài)切換。當 RE為低電平時， MAX485 數(shù)據(jù)輸入有效；當 DE 為高電平時， MAX485 數(shù)據(jù) 輸出有效。因此，電路中要說 D3 起的作用是穩(wěn)壓還不如說是限壓功能。經(jīng)實驗，本電路只使用其中一條線也能夠正常工作。為了使用方便，電源部分設計成無源方式，整個電路的供電直接從 PC機的 RS232 12 接口 中的 DTR（ 4 腳）和 RTS（ 7 腳）竊取。 圖 45 NRF24L01 RS232 轉(zhuǎn) RS485 通訊 接口模塊 如圖 46 所示： RS232485 轉(zhuǎn)換器主要包括了電源、 232 電平轉(zhuǎn)換、 485 電路三部分。 ⑷ 溫度采集單元 溫度采集單元采用達拉斯公司生產(chǎn)的數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 進行數(shù)據(jù)采集，其采用單總線數(shù)據(jù)傳輸，具有硬件簡單的優(yōu)勢，而且數(shù)據(jù)采集周期短，精度高，量程大，可以達到室溫計的要求，其數(shù)據(jù)總線與 相接。 11 圖 42液晶 圖 43數(shù)碼管 圖 44按鍵 ⑵ 數(shù)碼管顯示單元 如圖 43 所示，數(shù)碼管采用四位一體的共陰數(shù)碼管，由于單片機的 I/O 輸出電流較小，故采用三極管進行放大驅(qū)動，當位選為高 時三極管飽和導通，對應位的數(shù)碼管選中。 10 第４ 章 通訊系統(tǒng)實現(xiàn)的硬件設計 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 該硬件系統(tǒng)主要包括電源模塊、單片機最小系統(tǒng)模塊、按鍵、溫度采集、數(shù)碼管和液晶顯示模塊、 RS232 轉(zhuǎn) RS485 接口模塊、 NRF24L01 無線通訊模塊，結(jié)構(gòu)方框圖如圖所示， 單片機最小系統(tǒng) 模塊 主控 MCU 如圖 41 所示， A、 B 都采用 STC89C52 為主控 MCU，晶振頻率為 ，C3（ 10uf）， R1（ 10K）組成上電復位電路。默認狀態(tài)下所有的中斷源是被禁止的。可屏蔽中斷可以被 IRQ中斷屏蔽。 中斷： NRF24L01 的中斷引腳（ IRQ）為低電平觸發(fā)，當狀態(tài)寄存器中 TX_DS、 RX_DR 或MAX_RT 為高時 觸發(fā)中斷。例如：RX_ADDR_P0 寄存器的最低字節(jié)可以通過寫一個字節(jié)給寄存 器 RX_ADDR_P0 來改變。當訪問多字節(jié)寄存器時首先 要讀 /寫的是最低字節(jié)的高位?？梢杂脕碜x狀態(tài)寄存器。在發(fā)射數(shù)據(jù)包過程中必須禁止數(shù)據(jù)包重利用功能。 REUSE_TX_PＬ 1110 0011 重新使用上一包有效數(shù)據(jù)。 FLUSH_RX 1110 0010 清除 RX FIFO 寄存器，應用于接收模式下在傳輸應答信號過程中不應執(zhí)行此指令。寫操作從字節(jié) 0 開始。應用于接收模式下。讀操作全部從字節(jié) 0 開始。 AAAAA 指出寫操作的寄存器地址 只有在掉電模式和待機模式下可操作。 表 33 SPI指令格式 指令名稱 指令格式 操作 R_REGISTER 000A AAAA 讀配置寄存器。 CSN 為低后 SPI 接口等待執(zhí)行指令。大多數(shù)寄存器是可讀的。 ⑼ 工作電壓范圍： 一 ；具有正常、旁路和掉電 3 種供電模式。 ⑻ 獨特的 DuoCeiverT 模式。該模式降低平均發(fā)射功率，降低對微控制器數(shù)據(jù)傳輸速率的要求。 無線收發(fā)芯片 nRF2401 具有以下功能： ⑴ 125 個工作頻道，工作頻道之間的轉(zhuǎn)換時間小于 200us ⑵ 無線通信數(shù)據(jù)具有地址檢測和循環(huán)冗余檢查。 圖 31 RS485 引腳說明 8 NRF24L01 無線模塊內(nèi) 容簡介 無線收發(fā)單元采用 單片高速 2Mbps 無線收發(fā)芯片 nRF24L01， nRF2401 是挪威 NoRDIC SEMICONDUCTOR 公司的產(chǎn)品，它把射頻收發(fā)電路集成在一塊芯片上，可以用 MCU 模擬 SPI 通信協(xié)議實現(xiàn)數(shù)字傳輸。由于允許使用 4000 英尺長的電纜， RS485 收發(fā)器可以使用一個寬（－ 7V～ +12V）共模方式范圍來調(diào)整零電位偏差。 RS485 接口簡介 RS485 標準理想地用于多分支（ multidrop ）應用和遠程接口中。 ⑹ 重復第 2 步到第 5 步來處理下一個八位，直到所有的字節(jié)處理結(jié)束。 ⑷ 如果最低位為 0：重復第三步（下一次移位）； 如果最低位為 1：將 CRC 寄存器與一個預設的固定值（ 0A001H）進行異或運算。 ⑵ 把數(shù)據(jù)幀中的第一個 8 位字節(jié)與 CRC 寄存器中的低字節(jié)進行異或運算，結(jié)果存回 CRC 寄存器。 上述處理重復進行，直到執(zhí)行完了 8 次移位操作，當最后一位（第 8 位）移完以后，下一個 8 位字節(jié)與寄存器的當前值進行異或運算，同樣進行上述的另一個 8 次移位異或操作，當數(shù)據(jù)幀中的所有字節(jié)都作了處理，生成的最終值就是 CRC 值。CRC 運算時，首先將一個 16 位的寄存器預置為全 1，然后連續(xù)把數(shù)據(jù)幀中的 8 位 7 字節(jié)與該寄存器的 當前值進行運算，僅僅每個字節(jié)的 8 個數(shù)據(jù)位參與生成 CRC，起始位和終止位以及可能使用的奇偶位都不影響 CRC 運算。 錯誤檢測 循環(huán)冗余校驗（ CRC）域占用兩個字節(jié)，包含了一個 16 位的二進制值。 錯誤校驗域 該域允許主機和終端檢查傳輸過程中的錯誤。這些數(shù)據(jù)的內(nèi)容 可能是 數(shù)值、參考地址或者極限值。 6 表 32 功能域 01 讀取線圈狀態(tài) 取得一組邏輯線圈的當前狀態(tài)（ ON/OFF) 02 讀取輸入狀態(tài) 取得一組開關輸入的當前狀態(tài)（ ON/OFF) 03 讀取保持寄存器 在一個或多個保持寄存器中取得當前的二進制值 04 讀取輸入寄存器 在一個或多個輸入寄存器中取得當前的二進制值 05 強置單線圈 強置一個邏輯線圈的通斷狀態(tài) 06 預置單寄存器 把具體二進值裝入一個保持寄存器 07 讀取異常狀態(tài) 取得 8 個內(nèi)部線圈的通斷狀態(tài)，這 8 個線圈的地址由控制器決定 08 回送診斷校驗 把診斷校驗報文送從機，以對通信處理進行評鑒 09 編程（只用于484） 使主機模擬編程器作用，修改 PC 從機邏輯 10 控詢（只用于484） 可使主機與一臺正在執(zhí)行長程序任務從機通信，探詢該從機是否已完成其操作任務，僅在含有功能碼 9 的報文發(fā)送后，本功能碼才發(fā)送 11 讀取事件計數(shù) 可使主機發(fā)出單詢問，并隨即判定操作是否成功，尤其是該命令或其他應答產(chǎn)生通信錯誤時 12 讀取通信事件記錄 可是主機檢索每臺從 機的 Modbus 事務處理通信事件記錄。 功能（ Function）域 功能域代碼告訴了被尋址到的終端執(zhí)行何種功能操作。當終端發(fā)送回一個響應，響應中的從機地址數(shù)據(jù)便告訴了主機哪臺終端正與之進行通訊。 地址（ Address）域 地址域在幀的開始部分，由 8 位組成 ，理論上可能的設備地址（ 1～ 247） ，這些位標明了用戶指定的終端設備的地址，該設備將接收來自與之相連的主機數(shù)據(jù)。返回的響應數(shù)據(jù)中包含了以下內(nèi)容：終端從機地址（ Address）、被執(zhí)行了的命令 (Function)、執(zhí)行命令生成的被請求數(shù)據(jù) (Data)和一個校驗碼（ Check）。如果沒有錯誤，就執(zhí)行數(shù)據(jù)所請求的任務。 ⑶ 數(shù)據(jù)包格式 ： 表 31 數(shù)據(jù)包格式 地址 功能碼 數(shù)據(jù) 校驗碼 8Bits 8Bits N 8 Bits 16Bits ⑷ 數(shù)據(jù)格式說明： 本協(xié)議詳細定義了校驗碼、數(shù)據(jù)序列等，這 些都是特定數(shù)據(jù)交換的必要內(nèi)容。這就不會使它們在初始化時占據(jù)通訊線路，而僅限于相應到達終端設備本機的查詢信號。 首先，主機的信號尋址到一臺唯一的終端設備軟起動器（從機）；然后，在相反的方向上終端設備 （軟起動器）發(fā)出的應答信號傳輸給主機。 本章小結(jié) 本章介紹了本課題設計總體思路基本原理和框圖及其要實現(xiàn)的功能 ，同時對框架的各個主要模塊提出了明確的設計方案 ，為下文的硬件、軟件設計奠定基礎。模塊缺點：靜態(tài)時會輸出短暫針狀干擾雜波，用于遙控沒有問題，但用微處理器數(shù)傳時要采取軟件濾波；功耗較大，不適宜小容量電池供電應用。 方案三：采用 315m 超外差無線收發(fā)模塊。芯片低電壓 (217V～ 316V ) 供電并且功耗較低 (接收數(shù)據(jù)時為 1516mA、 214kbo s、433MHz)、靈敏度高 (112kbos 下為 110dBm ) , 可編程控制的數(shù)據(jù)傳輸率最高可達500kbo s。 方案二： CC1100 是原 Chipcon 公司推出的一種低成本、真正單片的超高頻無線收發(fā)器 , 為低功耗無線應用而設計。 nRF24L01 功耗低，在以一 6 dBm 的功率發(fā)射時，工作電流也只有 9 mA；接收時，工作電流只有 12． 3 mA，多種低功率工模式 (掉電模式和空閑模式 )使節(jié)能設計更方便。 5 GHz ISM 頻段。 nRF24L01 是一款新型單片射 頻收發(fā)器件。 因 RS485 接口具有良好的抗噪聲干擾性，長的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點 所以本次設計采用 RS485 接口 。而 RS485 接口在總線上是允許連接多達 128 個收發(fā)器 （ RS485 芯片的驅(qū)動能力有限，因而在實際應用中其實只能驅(qū)動 40 多個收發(fā)器） 。 ⑵ RS485 的數(shù)據(jù)最高傳輸速 率為10Mbps ⑶ RS485 接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強，即抗噪聲干擾性好。 針對 RS232C 的不足，于是就不斷出現(xiàn)了一些新的接口標準， RS485 就是其中之一，它具有以下特 點： ⑴ RS485 的電氣特性：邏輯 “1”以兩線間的電壓差為 +（ 2— 6） V 表示；邏輯 “0” 以兩線間的電壓差為 （ 2— 6） V表示。 ⑷ 傳輸距離有限，最大傳輸距離標準值為 50 英尺，實際上也只能 用在 50米左右。 ⑵ 傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率為 20Kbps。 通訊接口選擇 方案一、 RS232 接口 。但是因為它傳輸?shù)亩际强梢姷?ASCII字符， RTU 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)每一個字節(jié) ASCII 都要用兩個字節(jié)來傳輸，比如 RTU 傳輸一個十六進制數(shù) 0xF9,ASCII 就需要傳輸 ’F’’9’ 的 ASCII 碼 0x39 和 0x46 兩個字節(jié)，這樣它的傳輸?shù)男示捅容^低。 當控制器設為在 Modbus 網(wǎng)絡上以 RTU（遠程終端單元）模式通信，在消息中的每個8Bit 字節(jié)包含兩個 4Bit 的十六進制字符。這種模式的主要優(yōu)點是傳送中每相 鄰的兩字節(jié)之間允許的最大時間間隔較長， 可達 1 秒。 MCU— A 機 獨立 鍵盤 無線收發(fā)模塊 A 液晶顯示器 數(shù)碼管 顯示 無線收發(fā)模塊 B MCU— B 機 溫度、時鐘 RS